COMPOSITE ELECTROCHEMICAL COATINGS BASED ON CHROME, COPPER, ZINC, IRON, TIN, PRECIOUS METALS: OBTAINING, STRUCTURE, PROPERTIES (REVIEW)

Keywords: composition coverages, chrome, ultradusperce diamond, graphite, copper, zinc, tin, iron, noble metals, connections of metals

Abstract

One of the ways to improve the metal parts physical and mechanical properties is to deposit complex electrochemical coatings (CEC) onto them. The chromium current yield in the presence of ultrafine diamonds (UFD) is reduced in both standard and self-regulating chroming electrolytes. The microhardness of chromium – UFD CECs de-creases compared to pure chromium coatings from 1.03 GPa to 9.06 GPa (standard electrolyte) and from 9.68 GPa to 9.50 GPa (self-regulating electrolyte). Chromium-graphite composite coatings can be used in products operating under dry friction conditions. Self-lubricating chromium-graphite CECs can be obtained if the graphite content in the chromium solution is up to 4 g/L. Cerium dioxide containing chromium coatings deposited in the tetraethylamine presence have a very high wear resistance. The wear resistance and hardness of chromium-based CECs is significantly increased by introducing of silicon or titanium dioxide dispersed particles into the standard chroming electrolyte. The main purpose of copper-based CECs is provision of metal surfaces with wear resistance, heat resistance, and antifrictional properties. Sulfate electrolytes are most often used to obtain copper-based CECs. The UFD particles introduction into the electrolyte up to a concentration from 0.1 to 5.0 g/L does not change the nature and mechanism of the electrode process. The microhardness of coatings deposited from an electrolyte with UFD concentration 5.0 g/L increases almost one and a half times compared to the deposits obtained from the standard electrolyte. The copper – UFD CEC wearing degree is 9–10 times less than that of pure copper. Electrolytic iron coatings are used to restore parts of machines and mechanisms. Zinc-based composite coatings are used to protect steel surfaces from corrosion with simultaneous improvement of their physical and mechanical properties. Silver-based CECs with electrically conductive particles are deposited onto electrical contacts to improve their electrical conductivity.

References

1. Ємченко І.В. Композиційні захисні покриття. Вісник ЛКА. Серія: Товарознавча. 2004. Вип. 6. С. 158–163.
2. Гончаренко В.В., Коваленко І.В. Технологія композиційних матеріалів : навчальний посібник. Київ, 2007. 131 с.
3. Геворкян Е.С., Семченко Г.Д., Тимофеєва Л.А. Нові матеріали та технології їх одержання : підручник. Харків : УкрДУЗТ, 2015. 341 с.
4. Ghorbani M., Mazaheri M., Khangholi K., Kharazi Y. Electrodeposition of graphite-brass composite coatings and characterization of the tribological properties. Surf. Coat. Technol. 2001. Vol. 148, Iss. 1. P. 71–76.
5. Підгайчук С.Я., Покришко Г.А., Яворська Н.М., Сартинська Л.Л. Електрохімічні композиційні покриття з добавкою наноструктур: актуальність та перспективи їх одержання та дослідження. Вісник Хмельницького нац ун-ту. Серія: Технічні науки. 2009. № 1. С. 136–138.
6. Буркат Г.К., Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы в гальванотехнике. Физика твердого тела. 2004. Т. 46, № 4. С. 685–692.
7. Ващенко С.В., Соловьева З.А. Электроосаждение износостойких хромовых покрытий из электролитов с ультрадисперсными алмазными порошками. Гальванотехника и обработка поверхности. 1992. Т. I. № 5–6. С. 45–48.
8. Mandich N.V., Dennis J.K. Codeposition of nanodiamonds with chromium. Metal Finishing. 2001. Vol. 99. No. 6. P. 117–119.
9. Долматов В.Ю., Фуджимура Т., Буркат Г.К., Орлова Е.А. Получение износостойких хромовых покрытий с заменением наноалмазов различной зароды. Сверхтвердые материалы. 2002. № 6. С. 16–21.
10. Винокуров Е.Г. Арсенкин A.M., Григорович К.В., Бондарь В.В. Строение модифицированных дисперсными частицами хромовых покрытий. Защита металлов. 2006. Т. 42. № 2. С. 221–224.
11. Винокуров Е.Г. Арсенкин A.M., Григорович К.В., Бондарь В.В. Электроосаждение модифицированных дисперсными частицами хромовых покрытий и их физико-механические свойства. Защита металлов. 2006. Т. 42. № 3. C. 312–316.
12. Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и заменение. Успехи химии. 2001. Т. 70. № 7. С. 687–708.
13. Тихонов К.И., Буркат Г.К., Долматов В.Ю., Орлова Е.А. Использование алмазной шихты в процессе хромирования. Журнал прикладной химии. 2007. Т. 80. Вып. 7. С. 1113–1116.
14. Іващенко В.М., Губаревич Т.М., Корженєвський О.П., Бородин В.П. Спосіб одержання композиційних покрить на основі хрому. Патент на винахід UA 59561. Опубл. 15.09.2003, Бюл. № 9.
15. Долматов В.Ю., Буркат Г.К., Свирь К.А. Исследование процесса электрохимического осаждения хрома в засутствии композиционного алмазосодержащего состава. Інструментальне матеріалознавство. 2020. Вип. 23. Київ : ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН Украіни, С. 187–194.
16. Скобло Т.С., Ключко О.Ю., Плугатарьов А.В. Спосіб одержання зносостійких електролітичних покриттів, зміцнених наночастинками. Патент на корисну модель UA 95887. Опубл. 12.01.2015, Бюл. № 1.
17. Буркат Г.К., Долматов В.Ю., Орлова Е.А., Рыжов Е.В. Способ и электролит для получения композиционных металл-алмазных покрытий, алмазсодержащая добавка и способ ее получения. Международная заявка PCT/RU2009/000032. Опубл. 09.07.2009, WO 2009/084985 A 2.
18. Макарченко Л.В. Способ получения композиционных покрытий на основе хрома. Патент RU 2031982 C1. Опубл. 27.03.1995.
19. Петров И.Л. Способ получения гальванических покрытий, модифицированных наноалмазами. Патент RU 2368709 С2. Опубл. 27.09.2009.
20. Писаренко В.Г., Іващенко В.М., Бородін В.Г. Нанотехнології зносостійкого покриття. Вісник Хмельницького національного університету. 2011. № 1. С. 82–85.
21. Махина В.С., Графушин Р.В., Винокуров Е.Г. Интенсивность износа композиционных электрохимических покрытий хром-графит. Успехи химии. 2017. Т. 31. № 5. С. 54–56.
22. Сайфуллин Р.С., Зенцова Е.П., Водопьянова С.В. Композиционные покрытия с матрицей из сплава хром-молибден. Защита металлов. 1995. Т. 31. № 3. С. 315–316.
23. Plieth W., Voos B., Shroder N., McCaskel J., Martyak N.M. Elektrochemische Herstellung amorpher Chromschichen. Galvanotechnik. 1999. Bd. 90. No. 9. P. 2425–2434.
24. Zhan Y., Zhang G., Liu Z. Influences of counterface materials and reinforcements on the sliding wear of copper matrix composites. Zeitschrift fur Metallkunde. 2004. Vol. 95. No. 2. P. 91–96.
25. Wan Y.Z. Wang Y.L., Tao H.M., Cheng G.X., Dong X.H. Preparation and Characterization of Cu-MoSi2 Composite Coatings. Transactions of The Institute of Metal Finishing. 1999. Vol. 77. Iss. 1. P. 52–54.
26. Водопьянова С.В., Зенцова Е.П., Сайфуллин Р.С. Электроосаждение хрома из электролитов-суспензий с использованием импульсного тока. Электрохимия. 1998. Т. 34. № 3. С. 337–339.
27. Лубнин Е.Н., Поляков Н.А., Полукаров Ю.М. Электроосаждение хрома из сульфатно-оксалатных растворов, содержащих наночастицы оксида алюминия и карбида кремния. Физикохимия поверхности и защита материалов. 2007. Т. 43. № 2. С. 199–206.
28. Сайфуллин Р.С., Фомина Р.Е., Мингазова Г.Г., Хайдаров Р.А. Электроосаждение медных покрытий из ванадат- и молибдатсодержащих электролитов с суспендированным диоксидом титана. Защита металлов. 2002. Т. 38. № 5. С. 530–533.
29. Долматов В.Ю. Детонационные наноалмазы: синтез, строение, свойства и заменение. Успехи химии. 2007. Т. 76. № 4. С. 375–397.
30. Целуйкин В.Н., Соловьева Н.Д., Гунькин И.Ф. Влияние фуллерена С60 на свойства электролитических медных покрытий. Перспективные материалы. 2007. № 5. С. 82–84.
31. Резчикова Т.В., Куркин Е.Н., Гребцова О.М. Взаимодействие ультрадисперсного порошка TiN с хромовым электролитом. Журнал закладной химии. 1993. Т. 66. № 9. С. 1977–1983.
32. Цисарь И.А., Знаменский Г.Н., Ющенко Т.И., Пачес Л.В. Алмазосодержащие износостойкие и абразивные покрытия. Гальванотехника и обработка поверхности. 1996. Т. 4. № 1. С. 21–28.
33. Абдуллин И.А., Сайфуллин Р.С. Влияние зароды электролита на структуру и свойства КЭП с матрицей из меди. Защита металлов. 1997. Т. 33. № 2. С. 222–224.
34. Фомина Р.Е., Сайфуллин Р.С., Мингазова Г.Г. Роль ванадат- и молибдат-ионов в процессе образования композиционных электрохимических покрытий медь-доксид титана. Электрохимия. 1997. Т. 33. № 11. С. 1367–1369.
35. Sakhnenko M.D., Ovcharenko О.О., Lyabuk S.І. Physicomechanical properties of Cu-Al2O3 electroplating compositions. Materials Science. 2015. Vol. 50. Iss. 5. P. 646–652.
36. Артамонов В.П., Жанзакова И.М. Композиционное покрытие на основе железа. Защита металлов. 1992. Т. 28. № 3. С. 478–481.
37. Бобонова Ж.И., Мичукова Н.Ю., Сидельникова С.П. Электроосаждение сплавов железа и композиционных покрытий на их основе. Гальванотехника и обработка поверхности. 2000. Т. 8. № 2. С. 17–19.
38. Ахмеров О.И., Кринари Г.И. Фазовый состав и структура гетерофазных железованадиевых электрохимических покрытий. Журнал прикладной химии. 1999. Т. 72. № 6. С. 947–951.
39. Ревенко В.Г., Козлова Т.В., Астахов Г.А. Коррозионное и электрохимическое поведение композиционных электролитических покрытий на основе железа. Защита металлов. 2003. Т. 39. № 1. С. 84–87.
40. Абдуллин И.А., Сайфуллин Р.С. Химико-термическая модификация композиционных электрохимических покрытий с железной матрицей. Защита металлов. 1995. Т. 31. № 5. C. 541–543.
41. Підгайчук С.Я., Дробот О.С., Яворська Н.М., Машовець Н.С. Відновлення деталей машин комбінованими методами обробки. Динаміка, міцність та моделювання в машинобудуванні : тези доп. IІ Міжнар. наук.-техн. конф., 05–08.10.2020. Харків : Ін-т проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України, 2020. С. 109–110.
42. Буркат Г.К., Долматов В.Ю. Получение и свойства композиционных электрохимических покрытий цинк-алмаз из цинкатного электролита. Гальванотехника и обработка поверхности. 2001. Т. 9. № 2. С. 35–40.
43. Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: монография. СПб. : Изд-во СПбГПУ, 2003. 344 с.
44. Khan T.R., Erbe A., Auinger M., Marlow F., Rohwerder M. Electrodeposition of zinc-silica composite coatings: challenges in incorporating functionalized silica particles into a zinc matrix. Science and Technology of Advanced Materials. 2011. Vol. 12. Iss. 5. P. 56–69.
45. Khelladi M.R., Mentar L., Boubatra M., Azi A. Study of nucleation and growth process of electrochemically synthesized ZnO nanostructures. Materials Letters. 2012. Vol. 67. Iss. 1. P. 331–333.
46. Гальченко Г.Ю. Корозійностійкі композиційні цинкові електролітичні покриття. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2003. № 3. С. 107–109.
47. Целуйкин В.Н. Композиционные электрохимические покрытия: получение, структура, свойства. Физикохимия поверхности и защита материалов. 2009. Т. 45. № 3. С. 287–301.
48. Костин H.A. Перспективы развития импульсного электролиза в гальванотехнике. Гальванотехника и обработка поверхности. 1992. № 1–2. С. 16–18.
49. Tseluikin V.N. Composite electrochemical coatings: Preparation, structure, properties. Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2009. Vol. 45. P. 312–326.
50. Loubnin E.N., Pimenov S.M., Bletter A. Electroplating of gold-nanodiamond composite coatings. New Diamond and Frontier Carbon Technology. 1999. Vol. 9. No. 4. P. 273–282.
51. Zielonka A., Raub C.J. Gold-titanium nitride dispersion layers. Metalloberflache. 1995. Vol. 49. Iss. 6. P. 409–412.
52. Bozzini B., Cavallotti P.L., Giovannelli G. Electrokinetic behavior of gold alloy and composite plating baths. Metal Finishing. 2002. Vol. 100. Iss. 4. P. 50–60.
53. Буркат Г.К., Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы в гальванотехнике. Физика твёрдого тела. 2004. Т. 46. Вып.4. С. 685–692.
54. Schutte A., Gray M. Solid material as a function carrier. Nickel-phosphorus dispersion precipitation. Metalloberflaeche. 1999. Vol. 53. Iss. 9. P. 41–44.
55. Скопинцев В.Д., Карелин А.В., Котов И.О., Клинский Г.Д. Коррозионные и физико-механические свойства химических композиционных покрытий. Гальванотехника и обработка поверхности. 1998. Т. 6. № 3. С. 86–91.
56. Sahayaraj M.E., Jappes J.T.W., Siva I., Rajini N. Investigation on corrosion performance of multilayer Ni-P/TiO2 composite coating on steel. Science and Engineering of Composite Materials. 2016. Vol. 23. No. 3. P. 309–314.
57. Экилик Г.Н. Концентрационные зависимости эффекта комбинированных ингибиторов кислотной коррозии железа. Защита металлов. 2003. Т. 39. № 1. С. 34–35.
58. Safavi, M.S., Rasooli A. Ni-P-TiO2 nanocomposite coatings with uniformly dispersed Ni3Ti intermetallics: Effects of current density and post heat treatment. Surface and Coatings Technology. 2019. Vol. 372. P. 252–259.
59. You Y.-H., Gu C.-D., Wang X.-L., Tu J.-P. Electrochemical Preparation and Characterization of Ni-PTFE Composite Coatings from a Non-Aqueous Solution Without Additives. Int. J. Electrochem. Sci. 2012. Vol. 7. P. 12440–12455.
60. Moonir-Vaghefi S.M., Saatchi A., Hejazi J. Deposition and properties of electroless nickel-phosphorus-molybdenum disulfide composites. Metal Finishing. 1997. Vol. 95. Iss. 11. P. 46–52.
61. Dunner P.H., Hans R. Coatings to reduce the use of machining lubricants. Galvanotechnik. 1997. Vol. 88. No. 12. P. 4096–4102.
62. Chou M.C., Ger M.D., Ke S.T., Huang Y.R., Wu S.T. The Ni-P-SiC composite produced by electro-codeposition. Materials chemistry and physics. 2005. Vol. 92. No. 1. P. 146–151.
63. Chang, C.S., Hou K.H., Ger M.D., Chung C.K., Lin J.F. Effects of annealing temperature on microstructure, surface roughness, mechanical and tribological properties of Ni–P and Ni–P/SiC films. Surface and Coatings Technology. 2016. Vol. 288. P. 135–143.
64. Hou K.H., Hwu W.H., Ke S.T., Ger M.D. Ni–P–SiC composite produced by pulse and direct current plating. Materials chemistry and physics. 2006. Vol. 100. No. 1. P. 54–59.
65. Иванов В.В., Балаклай В.И., Щербаков И.Н. Получение и свойства композиционных покрытий на основе никеля. Успехи современного естествознания. 2015. № 1. С. 1335–1338.
66. Колосов В.Н., Шевырев А.А. Электролитические сверхпроводящие материалы. Апатиты : Изд-во КНЦ РАН, 1996. 117 с.
67. Лобанов М.Л., Кардонина Н.И., Расина Н.Г., Юровских А.С. Зашитные покрытия : учебное пособие. Екатеринбург : Изд-во Уральского университета, 2014. 200 с.
Published
2022-02-22
How to Cite
Gab, A., Malyshev, V., Shakhnin, D., Kuris, Y., Kyrychenko, A., Vodennikova, O., & Volyar, R. (2022). COMPOSITE ELECTROCHEMICAL COATINGS BASED ON CHROME, COPPER, ZINC, IRON, TIN, PRECIOUS METALS: OBTAINING, STRUCTURE, PROPERTIES (REVIEW). Scientific Journal "Metallurgy", (2), 56-74. https://doi.org/10.26661/2071-3789-2021-2-07

Most read articles by the same author(s)